Χημεία των μελανιών
Υπάρχουν πιθανώς τόσοι διαφορετικοί ορισμοί τού μελανιού όσοι και τύποι. Ίσως η πιο απλή περιγραφή είναι ότι το μελάνι είναι ένα υγρό ή ημίρρευστο υλικό που χρησιμοποιείται για γραφή, εκτύπωση ή σχέδιο. Οι χημικοί το βλέπουν ως ένα κολλοειδές σύστημα λεπτών σωματιδίων χρωστικής ουσίας διεσπαρμένα σ΄ έναν διαλύτη. Η χρωστική μπορεί να είναι χρωματισμένη ή όχι, και ο διαλύτης μπορεί να είναι υδατώδης ή οργανικός.
Τα πρώτα μαύρα μελάνια γραφής, που εμφανίστηκαν πριν από το 2500 π.Χ., ήταν εναιωρήματα άνθρακα (καπνιά, φούμο, αιθάλη) συνήθως μαύρου χρώματος, σε νερό σταθεροποιημένο με φυσικό κόμμι ή υλικά όπως λευκωματίνη (αλβουμίνη, ασπράδι) αυγού. Οι σύγχρονες συνθέσεις μελανιού είναι πολύ πιο περίπλοκες. Εκτός από τη χρωστική, περιέχουν πολλά άλλα συστατικά σε ποικίλα ποσοστά.
Κοινώς γνωστά ως «μέσα μεταφοράς», αυτά τα πρόσθετα συστατικά περιλαμβάνουν τροποποιητές της οξύτητας (pH), υγροσκοπικά για την επιβράδυνση του πρόωρου στεγνώματος, πολυμερικές ρητίνες που προσδίδουν συνδετικές και συναφείς ιδιότητες, αντιαφριστικούς παράγοντες για τον έλεγχο του αφρίσματος, υγραντικούς παράγοντες όπως επιφανειοδραστικές (τασιενεργές) ουσίες για τον έλεγχο των επιφανειακών ιδιοτήτων, βιοκτόνα που αναστέλλουν την ανάπτυξη μυκήτων και βακτηρίων που οδηγούν σε εναπόθεση αλάτων και παχυντές ή τροποποιητές ρεολογίας για τον έλεγχο της εφαρμογής του μελανιού.
Πάνω από το 90% των μελανιών είναι μελάνια εκτύπωσης, στα οποία το χρώμα προσδίδεται από χρωστικές ουσίες (pigments) και όχι από τις βαφές (dyes) που χρησιμοποιούνται στα μελάνια γραφής. Οι χρωστικές είναι αδιάλυτες, ενώ οι βαφές είναι διαλυτές, παρότι μερικές φορές αυτοί οι όροι χρησιμοποιούνται εναλλάξιμα στην βιβλιογραφία. Οι χρωστικές μελανιού είναι και ανόργανες και οργανικές. Τα περισσότερα κόκκινα μελάνια γραφής είναι ένα αραιό διάλυμα της κόκκινης χρωστικής εωσίνης (ηωσίνης). Το μπλε χρώμα μπορεί να ληφθεί με υποκατάστατα βαφών τριφαινυλομεθανίου. Πολλά μελάνια μόνιμης (permanent) γραφής περιέχουν θειικό σίδηρο, γάλλιο, ταννικά οξέα καθώς και βαφές. Το μελάνι ballpoint (στυλό διαρκείας) είναι συνήθως μια πάστα που περιέχει 40 έως 50% βαφή.
Τα περισσότερα λευκά μελάνια περιέχουν διοξείδιο του τιτανίου ως χρωστική ουσία, καθώς και ρουτίλιο (ορυκτό του τιτανίου) και ανατάση (anatase) σε τετραγωνική κρυσταλλική μορφή. Ωστόσο, οι αυξανόμενες ανησυχίες για τη γνωστή τοξικότητα των βαρέων μετάλλων έχουν οδηγήσει στην αντικατάσταση πολλών ανόργανων χρωστικών όπως το κίτρινο του χρωμίου, το πορτοκαλί του μολυβδαινίου και το κόκκινο του καδμίου με οργανικές χρωστικές, οι οποίες προσφέρουν μεγαλύτερη αντοχή στο φως και μειωμένη τοξικότητα. Επιπλέον, το μαύρο του άνθρακα αντικαθιστά πλέον αυτά του σπινελίου, του ρουτιλίου και του σιδήρου σχεδόν σε όλα τα μαύρα μελάνια. Στην πραγματικότητα, η βιομηχανία μελάνης είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος καταναλωτής άνθρακα.
Άλλα ανόργανα υλικά όπως ο άργιλος χρησιμεύουν ως πληρωτικά ή αραιωτικά, τα οποία μειώνουν κυρίως το κόστος των χρωστικών, αν και ορισμένα βελτιώνουν επίσης τις ιδιότητες του μελανιού. Μεταλλικές χρωστικές ουσίες όπως κονιοποιημένο αλουμίνιο και σκόνη κράματος χαλκού-ψευδάργυρου (χρυσός μπρούτζος) χρησιμοποιούνται σε νέα μελάνια ασημιού και χρυσού. Διάφορες ανόργανες χρωστικές παρέχουν φωταύγεια και περλέ εμφάνιση.
Οι αλλαγές στη χημεία του μελανιού κατά τη διάρκεια των ετών, αντικατοπτρίζουν στενά τις εξελίξεις στα όργανα γραφής για την εφαρμογή του μελανιού. Το στυλό, ο μαρκαδόρος με τσόχινη μύτη και το στυλό με συνθετικές ίνες οδήγησαν σε μελάνια που περιέχουν διαλύματα χρωστικών σε νερό ή οργανικούς διαλύτες όπως προπυλενογλυκόλη, προπυλική αλκοόλη, τολουόλιο ή γλυκοαιθέρες. Προστίθενται επίσης άλλα συστατικά όπως ρητίνες, συντηρητικά και διαβρεκτικοί παράγοντες. _pen-store
Πηγή: https://www.chemistryworld.com/news/ink-chemistry/3002158.article (ανάκτηση 07/06/2024)